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Swiss Nano-Cube Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St.Gallen Tel. +41 (0) 71 278 02 04, Bildungsplattform zur Mikro-

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1 Swiss Nano-Cube Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St.Gallen Tel. +41 (0) , Bildungsplattform zur Mikro- und Nanotechnologie für Berufsfach- und Mittelschulen sowie Höhere Fachschulen Modul „Sicheres Arbeiten mit Nanomaterialien“ (Teil I) Datum:September 2014 Autor:Helmut Elbert

2 © Swiss Nano-Cube Gesundheitsschutz beim Umgang mit Nanomaterialien 1 Gliederung  Nanomaterialien und Arbeitsschutz: wichtige Begriffe (Teil I)  Aufnahmewege beim Menschen (Teil II)  Präventive Schutzmassnahmen (Teil III)

3 © Swiss Nano-Cube 2 Begriffe und Definitionen  Nanomaterialien sind beabsichtigt hergestellte Materialien, die a) entweder in ein, zwei oder drei Dimensionen nanoskalig* sind (Nanoobjekte) b) oder deren innerer bzw. äusserer Aufbau nanoskalige Strukturen aufweist (nanostrukturierte Materialien).  Nanoobjekte mit 3 Aussenmassen (= Dimensionen) im Nanomassstab werden als Nanopartikel bezeichnet.  Für den Arbeitsschutz besonders relevant sind Stäube, die granuläre Nanopartikel oder faserförmige Nanoobjekte (Nanofasern, Nanoröhrchen, Nanodraht) enthalten.  Nanopartikel können sich durch stärkere bzw. schwächere Bindungskräfte zu Aggregaten bzw. Agglomeraten zusammenlagern. * nanoskalig = Dimensionen zwischen 1 und 100 Nanometern (Abk. nm) Nanomaterialien und Gesundheitsschutz

4 © Swiss Nano-Cube 3  "Nanostäube" sind Stäube, die granuläre Nanopartikel oder faserförmige Nanoobjekte (Nanofasern, Nanoröhrchen, Nanodraht) im Grössenbereich von 1 bis 100 nm enthalten.  "Ultrafeine Stäube" enthalten ebenfalls Partikel im Grössenbereich von 1 bis 100 nm. Sie entstehen jedoch im Gegensatz zu Nanostäuben unabsichtlich, z. B. bei thermischen Prozessen (u. a. Schweissprozesse) oder der mechanischen Bearbeitung von Werkstoffen.  Für den Begriff „Feinstaub“ gibt es verschiedene Definitionen. Der Begriff "Feinstaub" wurde im Arbeitsschutz durch den Begriff „alveolengängige Staubfraktion“ („a-Staub“ steht für den Massenanteil der inhalierbaren Partikel, der bis in die Alveolen vordringt) ersetzt. Abgrenzung: Nanostäube von Fein- und Ultrafeinstäuben 5 μm μm ( = 1 nm) 0.1 μm Feinstaub Nanostaub + Ultrafeinstaub Nanomaterialien und Gesundheitsschutz

5 © Swiss Nano-Cube 4 Ultrafeinstäube (Partikelgrösse 1 bis 100 nm) …  werden nicht gezielt hergestellt; sie entstehen als Nebenprodukt aus (thermischen) Prozessen.  werden durch Menschen verursacht. Beispiele: Metallverarbeitung, Verbrennungsmotoren, Heizungen  stammen aus natürlichen Quellen. Beispiele: Vulkanasche, Waldbrände, Wirbelstürme  Bestehen aus einem komplexen Gemisch von chemischen Substanzen (Metalle, Kohlenwasserstoffe, Inertmaterialien etc.) Begriffsunterschied: Nanopartikel und Ultrafeinstäube (1) Nanomaterialien und Gesundheitsschutz

6 © Swiss Nano-Cube 5 Nanopartikel (Partikelgrösse 1 bis 100 nm) …  werden gezielt hergestellt.  haben besondere Eigenschaften u. Funktionen auf Grund der Nanometer-Grösse. Sie haben z.B. eine andere Farbe als dasselbe Material in Mikroform (z.B. Gold) oder sie sind viel reaktionsfreudiger (pyrophores Eisen).  können sich durch stärkere bzw. schwächere Bindungskräfte zu Aggregaten bzw. Agglomeraten zusammenlagern.  Beispiele: Industrie-Russ, Titandioxid, Zinkoxid, Carbon- Nanotubes (CNT) Begriffsunterschied: Nanopartikel und Ultrafeinstäube (2) Nanomaterialien und Gesundheitsschutz

7 © Swiss Nano-Cube 6 Faserförmige Nanoobjekte (Nanofasern, Nanoröhrchen, Nanodraht) Nanoplättchen N a n o o b j e k t e Material mit 3 Dimensionen zw. 1 u. 100 nm Material mit 2 Dimensionen zw. 1 u. 100 nm Material mit 1 Dimensionen zw. 1 u. 100 nm Bsp.: Ceroxid Beispiel anorg. Nanofaser Beispiel anorg. Nanopartikel Besondere Relevanz für Arbeitsschutz N a n o m a t e r i a l i e n N a n o s t r u k t u r i e r t e M a t e r i a l i e n Nano Komposite (Granuläre) Nanopartikel Bsp.: In SiO einge- bund. Chitinstäbchen 2 Nanopartikel / -stäbchen in Komposit Übersicht: Nanomaterialien und deren Einteilung (in Anlehnung an die Definition von ISO, Technical Committee 229) Nanomaterialien und Gesundheitsschutz

8 © Swiss Nano-Cube 7 (Granuläre) Nanopartikel Faserförmige Nanoobjekte (Nanofasern, Nanoröhrchen, Nanodraht) Nanoplättchen N a n o o b j e k t e Material mit 3 Dimensionen zw. 1 u. 100 nm Material mit 2 Dimensionen zw. 1 u. 100 nm Material mit 1 Dimensionen zw. 1 u. 100 nm Bsp.: Ceroxid Bsp. Anorg. Nanofaser Bsp. anorg.Nanopartikel Besondere Bedeutung für Arbeitsschutz Übersicht: Nanoobjekte und deren Einteilung Nanomaterialien und Gesundheitsschutz

9 © Swiss Nano-Cube Nanostäube, Fein- und Ultrafeinstäube 8 Was versteht man unter Feinstaub ? Staub ist ein natürlicher Bestandteil der Luft und damit so gut wie überall präsent. Je nach Größe der Staubteilchen (Partikel) spricht man von, Feinstaub oder ultrafeinem Staub. Feinstaub PM10, der kleiner als 10 Mikrometer ist, gelangt bis in den oberen Bereich der Lunge. Feinstaub PM2,5, der kleiner als 2,5 µm ist, dringt tief bis in die Atemwege zu den Bronchiolen vor. Ultrafeinstaub PM0,1 ist kleiner als 0,1 µm und kann sogar in die Lungenbläschen eindringen.

10 © Swiss Nano-Cube μm ( = 1 nm) 0.01 μm 0.1 μm 1 μm10 μm 100 μm Haardurchmesser Pollen rote Blut- körperchen Bakterien Viren Grosse Moleküle C Fulleren 60 einatembarer Staub alveolengängiger Staub "Feinstaub " Nanopartikel / ultrafeine Aerosole Materialien / Partikel und ihre Grösse in μm Nanomaterialien und Gesundheitsschutz

11 © Swiss Nano-Cube 10 Nanopartikel und ultrafeine Aerosole sind allgegenwärtig... einige Beispiele aus der Praxis ( nm) Nanomaterialien und Gesundheitsschutz Ort der MessungPartikelzahl pro cm 3 Luft geschlossene Räume1.000 – industrielle Arbeitsplätze5.000 – stark befahrene Strassebis zu am Ofen einer Bäckereibis zu im Zigarettenrauchbis zu in Dieselmotorabgasenbis zu 10 Mrd.

12 © Swiss Nano-Cube 11 Potentielle Gesundheitsgefahren durch Nanopartikel Vergiftungsgefahr bei Reinigungsspray "Magic Nano" - Produkt wurde kurzfristig bei Penny verkauft Zwei Reinigungssprays, siw kuezfristig beim Discounter Penny im Angebot waren, sind wegen möglicher Gesundheitsgefahren aus dem Handel genommen worden. Es handelt sich dabei um die Produkte "Magic Nano Bad- und WC-Versiegeler" und "Magic Nano Glas- und Keramik- Versiegeler", wie der Hersteller Kleinmann in Sonnenbühl mitteilte. Die Produkte führten möglicherweise zu einer Reizung der Atemwege und könnten unter Umständen zur Atemnot führen. Gesundheitsgefahren könnten daher nicht "restlos" ausgeschlossen werden. Gesundheit: Umweltbundesamt warnt vor Nanotechnologie Mittwoch, , 08:45 dpa Nanotechnologie macht´s möglich: Honig perlt vom Löffel ab. Das Umweltbundesamt (UBA) warnt angesichts unerforschter Risiken vor einer sorglosen Verwendung von Nanoteilchen Nanomaterialien und Gesundheitsschutz Fazit: Nanoprodukte können auch gefährlich sein - bisher ist hierüber (noch) zu wenig bekannt. Deshalb ist präventives Handeln angezeigt.

13 © Swiss Nano-Cube 12 Übersicht: Aufnahmewege für Nanopartikel beim Mensch inhalativ* = über Atemwege u. Lunge oral* = über Magen / Darm dermal* = über die Haut = Nanopartikel *zuzüglich Kombination(en) der drei Aufnahmewege Aufnahmewege beim Menschen

14 © Swiss Nano-Cube 13  Nanopartikel werden hauptsächlich über die Atemwege aufgenommen.  Inhalierte Nanopartikel besitzen die Fähigkeit, Gewebe zu durchdringen. So können sie über die Alveolen (= Lungenbläschen) der Lunge direkt in den Blutkreislauf und von dort in sekundäre Zielorgane (z. B. die Nieren) gelangen.  Die Lunge ist das kritischste Organ bei der Aufnahme von Nanopartikeln in den Körper.  Im Tierversuch wurde gezeigt, dass über das Epithel der Riechschleimhaut aufgenommene Nanopartikel bis in das Gehirn gelangen können. Nanopartikel: Aufnahme über Atemwege u. Lunge (= inhalativer Aufnahmeweg) Aufnahmewege beim Menschen

15 © Swiss Nano-Cube 14 Aufnahme über den Magen / Darm (= oraler Aufnahmeweg)  Nanopartikel können auch über die Schleimhäute des Magen-Darm-Traktes aufgenommen werden.  Auch hier gilt: Je kleiner die Partikel sind, desto grösser ist die Wahrscheinlichkeit, dass es zu einer Ablagerung der aufgenommenen Partikel in bestimmten Geweben und Organen und zur Schädigung derselben kommen kann.  Ist die Darmbarriere infolge entzündlicher Erkrankungen in seiner Funktion beeinträchtigt, können die Transportraten durchaus höher liegen, als bei einem gesunden Darm. Aufnahmewege beim Menschen

16 © Swiss Nano-Cube 15 Aufnahme über die Haut ( = dermaler Aufnahmeweg)  Das gesundheitliche Risiko einer Aufnahme von staubförmigen Nanopartikeln über die Haut wird derzeit als gering beurteilt.  Die gesunde Haut scheint eine wirksame Barriere gegen das Eindringen von Nanopartikeln zu sein. Aufnahmewege beim Menschen

17 © Swiss Nano-Cube Aufnahmewege beim Menschen 16 Nanomaterialien  freie Nanopartikel (inkl. Agglomerate u. Aggregate)  Nanopartikel gebunden in eine andere Substanz  Nanopartikel verteilt in einer Flüssigkeit (Suspension) Eine mögliche Aufnahme von Nanomaterialien in den menschlichen Körper hängt davon ab, wie sie in der Umgebung vorliegen: Praxisbeispiel Arbeiten mit pulverförmigen Nanopartikeln Nanopartikel als Verstärkung in Kunststoffen Spray-Applikation, starkes Umrühren etc). Risiko bzgl. Körperaufnahme ohne Schutzmassnahmen gross mässig / gering gross

18 © Swiss Nano-Cube 17 Substitution: Gesundheitsgefährdende Stoffe durch harmlosere ersetzen. Technische Schutzmassnahmen: (= Kollektivschutz): Zum Erfassen, Begrenzen u. Abführen gefährlicher Gase, Dämpfe, Stäube. Organisatorische Schutzmassnahmen: z. B. Minimierung der Expositionszeiten, Zugangsbeschränkung etc. Personenbezogene Schutzmassnahmen: (Individualschutz): z. B. Verwendung persönlicher Schutzausrüstung Das „STOP-Modell“ Präventive Schutzmassnahmen

19 © Swiss Nano-Cube 18 S ubstitution = Gesundheitsgefährdende Stoffe werden durch harmlosere ersetzt. Beispiele:  Ersatz pulverförmiger Nanopartikel- Zubereitungen durch solche, die Nanopartikel gebunden enthalten und damit eine Freisetzung erschweren (Dispersionen, Pasten, Granulate, Compounds etc.).  Ersatz von Sprühanwendungen durch aerosolarme Verfahren (Streichen, Tauchen). Präventive Schutzmassnahmen

20 © Swiss Nano-Cube 19 Technische Schutzmassnahmen (= Kollektivschutz)  Verwenden von geschlossenen Apparaturen u. Materialien-Transfersystemen  Absaugen von Stäuben oder Aerosolen direkt an der Quelle  Raumlüftung und Abluftfiltersystem für abgesaugte Luft vorsehen (HEPA-Filter H14), keine Abluft- Rezirkulation  Abtrennung von Arbeitsbereichen (Separaträume) und Anpassung der Raumlüftung (leichter Unterdruck)  Reinigung nur durch Aufsaugen mit geeigneten Geräten oder feucht aufwischen, kein Abblasen Präventive Schutzmassnahmen

21 © Swiss Nano-Cube 20 Beispiele:  Minimieren der Expositionszeit  Minimieren der Anzahl exponierter Personen  Entstehen von Stäuben oder Aerosolen vermeiden  Beschränkung des Zugangs  Unterweisen des Personals über Gefahren und Schutzmassnahmen (Betriebsanweisungen) Organisatorische Schutzmassnahmen Präventive Schutzmassnahmen

22 © Swiss Nano-Cube 21  Partikelfiltrierender Atemschutz (mindestens Filtertyp FFP2 gemäss SUVA)  Schutzhandschuhe (bei Einweghandschuhen wird ein Übereinandertragen von 2 Handschuhen empfohlen)  Geschlossene, gut sitzende Schutzbrille  Schutzbekleidung mit Kapuze (non woven)  Arbeitshygienemassnahmen (siehe Folien 11 und 12) Personenbezogene Schutzmassnahmen (= Individualschutz) Sie sind notwendig, wenn Aerosolbildung und / oder Hautkontakt durch technische Massnahmen nicht ausgeschlossen werden können: Präventive Schutzmassnahmen

23 © Swiss Nano-Cube 22 Personenbezogene Schutzmassnahmen (1/7) Augenschutz:  Mindestens eine dicht schliessende Schutzbrille verwenden (z. B. Korbbrille)  Vollmasken bieten besseren Schutz:  sie umschliessen das ganze Gesicht  schützen gleichzeitig auch die Augen  Als Folge der verbesserten Abdichtung zwischen Gesicht und Maske resultiert gleichermassen der bessere nominelle (Atem-)Schutzfaktor. Präventive Schutzmassnahmen

24 © Swiss Nano-Cube 23 Atemschutz:  Wenn die Freisetzung von Nanopartikeln (als Staub oder Aerosol) nicht verhindert werden kann, zusätz- lich zu den technischen Massnahmen (siehe dort) eine Atemschutzmaske tragen (mindestens Halbmaske, Filterklasse 3; sie umschliesst Mund, Nase und Kinn).  Dichtsitz der Maske speziell bei Bartträgern kontrollieren. Personenbezogene Schutzmassnahmen (2/7) Präventive Schutzmassnahmen

25 © Swiss Nano-Cube 24 Personenbezogene Schutzmassnahmen (3/7) Handschuhe (Hautschutz)  Sorgfältiges An- und Ausziehen der Handschuhe und Überlappung mit dem Schutzanzug ist sehr wichtig.  Bei direktem Kontakt mit Nanopartikeln (fest, flüssig oder staubförmig)  möglichst zwei Schichten von Handschuhen übereinander tragen (z. B. Latex- + Chemiehandschuhe oder  zwei Einweghandschuhe übereinander tragen; dabei das Handschuhmaterial entsprechend den jeweiligen Chemikalien wählen.  Die richtige Handhabung der Handschuhe ist wichtiger als die Durchdringzeit des Handschuhmaterials für Nanopartikeln. Präventive Schutzmassnahmen

26 © Swiss Nano-Cube 25 Personenbezogene Schutzmassnahmen (4/7) Schuhe / Stiefel (Hautschutz):  Sorgfältiges An- und Ausziehen der Schuhe / Stiefel und Überlappung mit dem Schutzanzug ist sehr wichtig. Präventive Schutzmassnahmen

27 © Swiss Nano-Cube 26 Schutzanzug (Hautschutz):  Langärmeliger Schutzanzug aus Membranmaterial (non-woven oder Vlies, z. B. Tyvek®) mit Kapuze verwenden; gewobene Stoffe sind zu vermeiden  Sorgfältiges An- und Ausziehen der Handschuhe und Überlappung mit dem Schutzanzug ist sehr wichtig  Gleichermassen wichtig ist das richtige An- und Ausziehen des Schutzanzugs (siehe Video: Personenbezogene Schutzmassnahmen (5/7) Präventive Schutzmassnahmen

28 © Swiss Nano-Cube 27 Allgemeine arbeitshygienische Massnahmen:  Vermeidung gesundheitsschädlicher Arbeitsbedingungen  Schaffung gesundheitsfördernder Arbeitsbedingungen  Gegenstand der Arbeitshygiene: Sämtliche Belastungsfaktoren am Arbeitsplatz (z. B. Gefahrstoffe) Personenbezogene Schutzmassnahmen (6/7) Präventive Schutzmassnahmen

29 © Swiss Nano-Cube 28 Personenbezogene Schutzmassnahmen (7/7)  technische u. arbeitsmedizinische Massnahmen zum Abbau von Belastungen durch Arbeitsstoffe und -mittel  saubere Arbeitsplätze, -geräte und -kleidung, geschützte Aufbewahrung der beruflich nicht eingesetzten Kleider (= Ausgangskleider)  persönliche Hygienemassnahmen einschliesslich Hautschutz und Hautpflege (geeignete Waschgelegenheiten und -mittel etc.)  besondere Schutzmassnahmen bei Tätigkeiten mit gefährlichen Stoffen. Hygienemassnahmen: Präventive Schutzmassnahmen

30 © Swiss Nano-Cube 29 FAZIT: Die bisher vorliegenden Untersuchungsergebnisse zum Thema Arbeits- und Gesundheitsschutz beim Umgang mit Nanomaterialien zeigen, dass die gegen Stäube üblichen Schutzmassnahmen auch gegenüber Nanopartikeln wirksam sind. Präventive Schutzmassnahmen


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